Applications précliniques de l'IRM bas champ et sa place dans un contexte

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
2007/09 Applications précliniques de l'IRM à bas champ et sa place dans un contexte multimodal µSPECT et µTDM Élodie BRETON Université Louis Pasteur - HUS Hautepierre Service de biophysique et médecine nucléaire Université Louis Pasteur - CNRS - INSERM Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire UMR7104 CNRS - U596 INSERM Université Louis Pasteur - CNRS Institut de mécanique des fluides et des solides UMR7507

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Publié le : mercredi 20 juin 2012
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Source : scd-theses.u-strasbg.fr
Nombre de pages : 198
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2007/09
Applications précliniques de l’IRM à bas
champ et sa place dans un contexte
multimodal µSPECT et µTDM
Élodie BRETON
Université Louis Pasteur - HUS Hautepierre Université Louis Pasteur - CNRS - INSERM
Service de biophysique et médecine Institut de génétique et de biologie
nucléaire moléculaire et cellulaire
UMR7104 CNRS - U596 INSERM
Université Louis Pasteur - CNRS
Institut de mécanique des fluides et des solides
UMR7507Thèse présentée pour obtenir le grade de.
. Docteur de l’Université Louis Pasteur
. Strasbourg I
.
.
. .Ecole doctorale Vie et Santé.
Elodie Breton
Applications précliniques de l’IRM à bas champ
et sa place dans un contexte multimodal
micro TEMP et micro TDM
.Soutenue publiquement le 28 novembre 2007
MMMMeeeemmmmbbbbrrrreeeessss dddduuuu jjjjuuuurrrryyyy .
Directeur de thèse : Professeur Johan Auwerx
Co-Directeur de thèse : André Constantinesco
Rapporteur interne : Docteur Olivier Lefebvre
Rapporteur externe : Professeur Pierre-Yves Marie
Rapporteur : Docteur Éric ThiaudièreRésumé
L’imagerie préclinique in vivo des petits animaux offre une approche unique
d’étude des phénomènes physiopathologiques. Ce travail de thèse étudie le
rôle que pourrait jouer l’IRM à bas champ 0,1T en imagerie préclinique
compte tenu de ses caractéristiques économiques et techniques. Après avoir
présenté les spécificités de l’imagerie préclinique, les choix techniques mis en
oeuvre afin de réaliser de l’IRM à 0,1T in vivo du petit animal sont détaillés.
Ces développements ont permis l’obtention de données quantitatives à 0,1T
dans des applications variées d’IRM : anatomique (suivi longitudinal d’une
croissance tumorale), fonctionnelle (dynamique cardiaque synchronisée) et
avec gradients de sensibilisation au mouvement (ERM). Dans un contexte
multimodal, la complémentarité des techniques d’imagerie est abordée à
travers d’une part la conception simple et originale d’une modalité duale
TEMP/IRM à bas champ, et d’autre part l’utilisation du μCT pour mener
certaines études de tissus mous.
Abstract
In vivo preclinical imaging in small animals offers a unique insight in phy-
siopathological processes. This PhD thesis is a study of the role that 0.1T
low field MRI could play in preclinical imaging considering its economical
and technical characteristics. The specificities of preclinical imaging are first
presented, then the technical adaptations developed for in vivo small animal
imaging using 0.1T MRI are detailed. These technical choices allow to ob-
tain quantitative results using 0.1T MRI in various in vivo imaging studies :
anatomical (longitudinal follow-up of tumor growth), functional (triggered
cardiac dynamic) and motion-sensitizing gradients (MRE). In a multimodal
context, the complementarity of imaging techniques is shown through the
simple and original conception of a dual SPECT/low field MRI modality,
and the use of μCT in some specific soft tissues studies.A ma famille
A Jonathan
En souvenir de mon arrière-grand-mère Madeleine
En souvenir de mon camarade Stanislas FranquetRemerciements
Ce travail de thèse a pu être mené à bien grâce aux soutiens financiers à
parts égales deGeneral Electric Healthcare et de la régionAlsace.
Je remercie le Pr. Johan Auwerx qui a accepté de diriger ce travail de
thèse et qui s’est toujours montré disponible lorsque cela était nécessaire.
Je remercie le Pr. André Constantinesco qui m’a fait l’honneur de
m’accueillir au sein de son laboratoire. Je tiens à vous exprimer ma profonde
reconnaissancepourvosencouragementsetvotreencadrementconstanttout
au long de ce travail et de la rédaction de cette thèse.
J’adresse mes sincères remerciements au Pr. Pierre-Yves Marie, au Dr.
Olivier Lefebvre, ainsi qu’au Dr. Éric Thiaudière pour avoir accepter
d’être les rapporteurs de cette thèse. Je vous remercie d’avoir accepter de
consacrer du temps à la rédaction du rapport de ce travail et de me faire
l’honneur de participer au jury de cette thèse.
Je souhaite souligner le rôle joué par le Dr. Philippe Choquet dans
l’orientationdecetravaildethèseàtraverssonapportscientifiquemaisaussi
son enthousiasme débordant. Je vous remercie chaleureusement de m’avoir
accompagnéedansmadécouvertedubig science system etdem’avoirrendue
plus à même de l’intégrer.
Je tiens à remercier le Pr. Michel Fischbach pour la confiance dont
vous m’avez témoigné, ainsi que pour vos encouragements.
iRemerciements
Un grand merci au Dr. Christian Goetz pour sa disponibilité et son
aide, dont j’espère avoir profité, plus dans le bon que dans le mauvais sens
du terme. Merci également pour les moments de détente partagés.
Je souhaite remercier tous ceux qui m’ont permis de partager leurs tra-
vaux lors de nos collaborations : N. Accart, P. Erbs, J. Kintz, P. Slos et R.
Rooke de la société Transgène, A. Calon, C. Domon-Dell et J.N. Freund de
l’unité INSERM U682, Dr. L. Monassier de l’Institut Clinique de la Souris
et de l’unité INSERM U715 et R. Willinger de l’Institut de Mécanique des
Fluides et des Solides. J’adresse un merci tout particulier à J. Kintz pour
son aide et ses conseils : je suis certaine que si le Dieu aux grandes mous-
taches et aux grandes oreilles existe, il reconnaît ceux et celles qui restent
conscients et respectueux des vies placées entre leurs mains.
Je remercie MM. S. et V. Sannie de la Société vétérinaire Minerve pour
leur aide technique qui a été fondamentale dans la réussite de ce travail.
Je tiens également à remercier M. D. Vetter pour sa grande disponibilité,
ainsi que M. G. Vetter qui a réalisé de magnifiques photographies.
Je remercie les membres du service de Biophysique et de Médecine Nu-
cléaire avec lesquels j’ai eu la chance d’être en contact et qui ont eu la gen-
tillesse de trouver le temps de partager quelques discussions scientifiques ou
pratiques, mais aussi parfois personnelles.
Je salue et je formule mes voeux de réussite aux étudiants de tous hori-
zons avec lesquels j’ai partagé quelques semaines de vie dans le laboratoire.
Merci à ma famille pour son soutien constant malgré la distance et les
trop nombreux «j’ai beaucoup de travail en ce moment» que j’ai prononcés.
Je remercie mes amis pour tous ces moments précieux partagés au cours
de ces trois années. Merci à ceux avec qui j’ai partagé mon vécu de thèse
et les épreuves qui l’accompagnent. Merci et pardon aussi à ceux qui, de
plain-pied dans la « vraie vie », ont néanmoins du/su nous supporter.
Merci à Jonathan de m’avoir accompagnée dans tout cela et surtout le
reste.
Merci
iiTable des matières
Remerciements i
Glossaire xvii
Introduction 1
1 Spécificités de l’imagerie in vivo du petit animal 5
1.1 Motivations de l’imagerie pré-clinique du petit animal . . . . 5
1.2 Contraintes liées à l’imagerie du petit animal in vivo . . . . 6
1.2.1 Autorisation d’expérimentation animale . . . . . . . 6
1.2.2 Particularités de l’anatomie et de la physiologie du
petit animal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Éléments d’anesthésie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 Surveillance des paramètres physiologiques . . . . . . 9
1.3 Modalités d’imagerie utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1 Généralités sur les imageurs dédiés . . . . . . . . . . 11
1.3.2 IRM dédiée à bas champ 0,1T . . . . . . . . . . . . . 12
iiiTable des matières
1.3.3 μCT (μ-tomodensimètre ou μTDM, ou μ-scanner X) . 20
1.3.4 μ-gamma caméra (μSPECT ou μTEMP) . . . . . . . 22
1.3.5 Différentes modalités pour différentes problématiques 24
1.4 Imagerie multimodalité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2 Suivi longitudinal par IRM d’un gliome intra-cérébral or-
thotopique implanté chez la souris pour le contrôle d’une
stratégie thérapeutique 27
2.1 Étude préliminaire μSPECT et IRM . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.2 Matériel et méthodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.1.3 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.1.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.5 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2 Suivi longitudinal par IRM à 0,1T pour l’évaluation de l’ac-
tion d’une stratégie de thérapie génique . . . . . . . . . . . . 34
2.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.2 Matériel et méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.3 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3 Imagerie cardiaque 4D synchronisée chez le rat sain et in-
farci par IRM 47
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2 Matériel et méthodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.1 Préparation des animaux . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.2 Rats infarcis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
ivTable des matières
3.2.3 Schéma d’acquisition IRM 4D synchronisée . . . . . . 49
3.2.4 Réorientation des données . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.2.5 Mesure des volumes ventriculaires . . . . . . . . . . . 50
3.2.6 Calcul des images paramétriques . . . . . . . . . . . 52
3.2.7 Perfusion cardio-myocytaire par SPECT . . . . . . . 53
3.3 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.1 Rat sain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.2 Rat infarci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.6 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4 Élastographie par résonance magnétique du tissu cérébral
chez le rat 63
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.1.1 Biomécanique de la matière cérébrale . . . . . . . . . 63
4.1.2 Élastographie par résonance magnétique . . . . . . . 64
4.2 Matériel et méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.2.1 Principe de l’ERM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.2.2 Mise en oeuvre à 0,1T . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.2.3 ERM du tissu cérébral in vivo et ex vivo chez le rat . 72
4.3 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.3.1 Erreur globale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.3.2 Expériences in vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.3.3 Évolution des paramètres mécaniques in vivo et ex vivo 77
4.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.6 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
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